屈昌華，昝廷東，周樹燈

(1.中國水電顧問集團貴陽勘測設(shè)計研究院，貴州貴陽 550081;2.重慶水利投資集團巫溪遠達公司，重慶 404000)

中梁水庫喀斯特發(fā)育區(qū)組合灌漿技術(shù)探討

屈昌華1，昝廷東1，周樹燈2

(1.中國水電顧問集團貴陽勘測設(shè)計研究院，貴州貴陽 550081;2.重慶水利投資集團巫溪遠達公司，重慶 404000)

中梁水庫喀斯特發(fā)育，根據(jù)其發(fā)育特點采用了以高壓水泥灌漿為主，多種方法相互組合的灌漿技術(shù)，其優(yōu)點在于設(shè)備配置及工藝簡單、功效高、造價低等。通過對中梁水庫喀斯特發(fā)育區(qū)組合灌漿處理技術(shù)進行有益的探討，為喀斯特地區(qū)水庫防滲堵漏處理提供了一種新思路。

喀斯特發(fā)育區(qū);組合灌漿;防滲堵漏;中梁水庫

1 工程概況

中梁水庫位于重慶市巫溪縣，水庫大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高118.50 m，正常蓄水位高程為625.00 m，總庫容約1億m3。水庫為縱向深切河谷，兩岸岸坡陡立，碳酸鹽巖分布廣泛，喀斯特發(fā)育。經(jīng)前期勘測證實:水庫右岸存在3條較大喀斯特管道，其中1號管道因庫岸隔水層被右岸沖溝橫切，破壞了隔水層的完整性，并低于庫水位，水庫蓄水后存在沿1號喀斯特管道滲漏問題，其它2條管道因出露高程高于庫水位，不存在喀斯特滲漏。

為防止庫水從1號喀斯特管道滲漏而影響水庫效益，在庫內(nèi)隔水層破壞處設(shè)置了一道近SN向防滲帷幕(沖溝下游側(cè))，主要采用的方法是高壓水泥灌漿(分為上、下2層灌漿平洞施工)，施工過程中由于只采用了一般的灌漿工藝，效果較差，難以達到工程目的。作者通過對喀斯特地質(zhì)條件及其發(fā)育特征分析研究后建議采用組合方法處理，取得了較好效果。組合灌漿技術(shù)具有設(shè)備配置與工藝簡單、功效高、工程低等優(yōu)點，為喀斯特地區(qū)水庫防滲堵漏處理提供了一種新思路。

2 喀斯特地質(zhì)條件簡析［1，2］

2.1 基本地質(zhì)條件

2.1.1 地層巖性

防滲區(qū)內(nèi)主要出露地層為三疊系下統(tǒng)地層，次為二疊系與志留系。其中志留系(S)地層巖性為石英砂巖、泥巖，透水率較小;二疊系主要包括中統(tǒng)銅礦溪組(P2t)碳質(zhì)頁巖、棲霞組(P2q)與茅口組(P2m)灰?guī)r，上統(tǒng)吳家坪組(P3w)、長興組(P3c)與大隆組(P3d)地層，除P3d及P3w底部王坡段巖性為炭質(zhì)頁巖、炭質(zhì)泥巖外，其余為質(zhì)純層厚的灰?guī)r;三疊系下統(tǒng)主要為大冶組(T1d)與嘉陵江組(T1j)角礫巖、灰質(zhì)白云巖、白云巖。

防滲線SN兩端接隔水地層，其中二疊系大隆組(P3d)與三疊系大冶組(T1d)組成水庫邊界隔水地層(防滲線N接頭)，志留系(S)地層構(gòu)成防滲線S接頭，帷幕底部無隔水層，以巖體透水率q≤3 Lu控制，為一懸掛式帷幕。

2.1.2 地質(zhì)構(gòu)造

地層近EW向展布(垂直防滲線)，產(chǎn)狀為280°～300°/SW(NE)∠50°～85°;區(qū)內(nèi)斷層不發(fā)育，主要有F3、F4、F8;節(jié)理主要有南北向、東西向2組，其次為NE向和NW向2組剪性節(jié)理。SN向節(jié)理為橫張節(jié)理，并密集成帶發(fā)育，控制了區(qū)內(nèi)南北向沖溝的形成。

2.1.3 水文地質(zhì)條件

防滲線地下水主要為喀斯特裂隙與管道水;防滲線上的地下水位低于河水位(575.2 m)，為一地下水位凹槽區(qū)，其中最低水位高程為470 m，比河水位低105 m。

2.2 喀斯特發(fā)育特點

2.2.1 喀斯特發(fā)育規(guī)律

防滲線上喀斯特發(fā)育主要以構(gòu)造方向控制為主要特點，表現(xiàn)為順層面、順斷層裂隙面及褶皺發(fā)育;喀斯特發(fā)育還與地層巖性密切相關(guān)，巖性是巖溶發(fā)育的基礎(chǔ)，若地層呈厚層狀且連續(xù)性好，巖溶發(fā)育愈強烈，如二疊系地層“質(zhì)純層厚”，溶蝕作用強烈，三疊系地層巖性較雜，巖溶發(fā)育相對較弱。在巖體透水性突變處(隔水層與透水層交界部位)喀斯特同樣發(fā)育。

2.2.2 喀斯特發(fā)育程度分區(qū)

參照《巖溶地區(qū)工程地質(zhì)調(diào)查規(guī)程》(DZ/T 0060－93)，防滲線喀斯特發(fā)育程度可分為強、中等、弱3個區(qū)域，其中強喀斯特發(fā)育區(qū)見表1。

表1 防滲線強喀斯特發(fā)育區(qū)表

2.2.3 喀斯特強發(fā)育區(qū)的特點

喀斯特強發(fā)育區(qū)主要為充填型及半充填型溶洞、窄縫狀管道及溶蝕裂隙，以鉆孔喀斯特率高、透水率大、水泥單位注入量大為主要特點，規(guī)模在防滲線上投影面積多為數(shù)十平方米至近千平方米，最大體積約6500 m3(上層平洞KL1)，多在地下水位線以上發(fā)育，充填物多為粘土、粘土夾砂、粘土夾碎石。

防滲線上的1號管道系統(tǒng)主要由多條窄縫狀喀斯特小管道規(guī)模組成，根據(jù)連通試驗實測的地下水流速(0.05 m/s)，利用公式Q(流量，0.53 m3s)= W(面積)×V(流速)估算防滲線上的過水斷面W= 10.6 m2，又據(jù)地質(zhì)調(diào)查，窄縫狀小管道一般長約為10 m，裂隙寬0.01～0.02 m，大約有50～100條喀斯特小管道［4］。

3 喀斯特強發(fā)育區(qū)組合灌漿技術(shù)

3.1 防滲帷幕灌漿的一般原則

水庫防滲要達到的工程目的就是防止庫水沿溶洞、溶蝕裂隙及管道滲漏，采用的方法是設(shè)置防滲帷幕。由于灌漿技術(shù)成熟，故目前水利水電工程中的防滲帷幕主要采用鉆孔灌漿技術(shù)，材料多為水泥漿材，灌漿壓力多為高壓(＞3MPa)。采用帷幕灌漿進行防滲處理一般性原則主要為:(1)查明地質(zhì)情況，特別是要查明斷層、裂隙、破碎巖體等地質(zhì)缺陷，以便選用合適的防滲處理方案與工藝;(2)在有代表性的地段進行帷幕灌漿試驗，為防滲帷幕設(shè)計提供合理的技術(shù)參數(shù)(如孔排距、灌漿壓力等);(3)應(yīng)根據(jù)已查明的地質(zhì)條件和灌漿試驗成果進行帷幕設(shè)計，適當選擇防滲線的方向、長度、帷幕深度及灌漿參數(shù)，以能將水庫滲漏量控制在最小程度或規(guī)范允許程度為標推;(4)隨著帷幕灌漿施工的不斷深入，應(yīng)根據(jù)灌漿鉆孔揭露新的地質(zhì)情況對設(shè)計參數(shù)進行修正，對于處理效果較差的灌漿工藝應(yīng)分析原因，選用更為適合有效的灌漿工藝和灌漿材料;(5)在選擇帷幕方案時既要考慮防滲效果，同時還應(yīng)充分考慮到經(jīng)濟因素，力爭做到“效果好，又經(jīng)濟”。

3.2 喀斯特發(fā)育地區(qū)水庫防滲帷幕灌漿處理原則

處于地質(zhì)條件復(fù)雜的喀斯特地區(qū)的水庫，由于喀斯特發(fā)育程度、規(guī)模、形態(tài)不盡相同，從而導(dǎo)致帷幕灌漿處理復(fù)雜，除了具有非喀斯特地區(qū)水庫帷幕灌漿所有特點外，還獨具灌漿工藝復(fù)雜、工程量大、工期長、使用材料多、費用高等特點。針對喀斯特發(fā)育地區(qū)帷幕灌漿的特點，其處理原則除前面提到的之外，還應(yīng)把握以下原則:(1)施工前應(yīng)設(shè)置帷幕灌漿先導(dǎo)孔，并利用鉆孔、物探、水文地質(zhì)試驗等手段查明喀斯特的各種邊界條件，如類型、規(guī)模、方向及充填物性狀等;(2)在查明喀斯特發(fā)育情況后，有針對性選用有效的方法或工藝、適合的灌漿材料。

3.3 中梁水庫帷幕組合灌漿技術(shù)

3.3.1 帷幕灌漿的基本方法及其適用條件

喀斯特地區(qū)水庫防滲帷幕灌漿就是利用鉆孔并施以一定壓力把各種漿液灌入巖體溶洞、溶蝕裂隙及裂隙孔隙中，形成阻水幕，從而達到水庫防滲堵漏的灌漿，基本方法主要包括純壓式灌漿和循環(huán)式灌漿，或自上而下分段灌漿法、自下而上分段灌漿法、綜合灌漿法、孔口封閉灌漿法，或高壓灌漿(＞3 MPa)和中低壓灌漿(＜3 MPa);或水泥灌漿與其它材料灌漿等。

喀斯特發(fā)育區(qū)帷幕灌漿采用單一方法一般難以達到工程目的，往往需要通過查明喀斯特邊界條件后同時選用特殊方法或組合方法，才能達到預(yù)期效果?？λ固蒯∧还酀{的實質(zhì)就是采用多種方法先將較大的溶洞介質(zhì)或管道介質(zhì)變成裂隙介質(zhì)后再灌漿。組合方法主要包括:(1)級配料充填與水泥灌漿液或水泥水玻璃漿液組合法，適用于小型及中型規(guī)模無充填溶洞、有水但流速小的溶洞;(2)壓力沖洗、壓力置換與水泥灌漿+限壓、限流、限量、間歇等特殊措施組合，適用于充填粘土夾砂為主的溶洞或溶蝕裂隙;(3)不同摻砂比(逐級)的水泥砂漿與水泥灌漿組合，適用于規(guī)模較小的喀斯特管道或溶蝕裂隙;(4)工序調(diào)整法，即按規(guī)范中的特殊情況調(diào)整施工序次，通過溶洞后再按設(shè)計要求的序次施工，適用于規(guī)模較大的強溶蝕區(qū);(5)細石混凝土或細石自密實混凝土與水泥灌漿組合，適用于規(guī)模較大的無充填型溶洞或管道;(6)碎石與細石混凝土交替回填與水泥灌漿組合，適用于大型充填溶洞及管道; (7)模袋灌漿與水泥灌漿組合，適用于高流速喀斯特管道;(8)壓力置換與水泥灌漿組合，適用于喀斯特發(fā)育深度較大且灌漿孔施工過程中相互串漿的地段;(9)逐級升壓、加密孔擠密與水泥灌漿組合等。

3.3.2 中梁水庫喀斯特強發(fā)育區(qū)組合灌漿處理方法簡述

中梁水庫防滲處理設(shè)置了上、下層平洞，處理段長分別為416 m與380 m，帷幕設(shè)置了3排孔，排距1.3 m，孔距2.0 m，采用梅花型布孔，分3序施工，防滲處理透水率標準為q≤3 Lu，設(shè)計要求的灌漿方法是“孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、自上而下分段灌漿法”，最大灌漿壓力為4 MPa。

由于防滲線上喀斯特強發(fā)育區(qū)按常規(guī)高壓水泥灌漿施工未達到預(yù)期效果，為此，根據(jù)喀斯特發(fā)育情況，有針對性地選用組合了灌漿方法處理，取得了明顯效果。以KS1喀斯特發(fā)育區(qū)的組合灌漿處理措施為例，簡要介紹如下。

3.3.2.1 基本地質(zhì)情況

KS1喀斯特強發(fā)育區(qū)位于上層平洞，在防滲線上出露長度為30 m，孔深0～45 m，面積約1300 m2，喀斯特類型主要為無充填溶洞(KL1)及充填型溶洞，充填物主要為粘土、粘土夾砂以及溶蝕殘留碎塊狀巖石等。水泥灌漿存在的主要問題就是灌漿壓力很難達到設(shè)計要求3.5 MPa。

3.3.2.2 處理方法

對于區(qū)內(nèi)的KL1溶洞，將灌漿鉆孔直徑擴到150 mm后，先采用C20細石混凝土與碎石交替回填，再采用水灰比0.5的濃水泥漿進行補強灌漿;對于區(qū)內(nèi)其它部位灌漿孔，根據(jù)在低壓灌漿時孔口返漿特點，有針對性采用的組合措施有:(1)采用低壓、濃漿、限流、限量、間歇等措施施工，限流標準為注入率＜15 L/min，限量干料(水泥)為2 t/m，間歇時間為8～36 h;(2)分排分段升壓，即調(diào)整上下游排灌漿壓力為2 MPa，中間排2.5～3.5 MPa，每個灌漿段可復(fù)灌幾次，逐次提高灌漿壓力，直至達到設(shè)計壓力;(3)每次復(fù)灌當灌注材料已達限量時停灌或當灌漿壓力升到此次預(yù)定的灌漿壓力時停灌;(4)縮短灌漿段長度為3 m;(5)壓力沖洗法，即根據(jù)灌漿孔內(nèi)充填物的情況分別采用壓力(5～6 MPa)旋噴沖洗、壓力(5～6 MPa)水沖洗、風(fēng)水聯(lián)合沖洗等; (6)灌注速凝漿液，即每次復(fù)灌將近結(jié)束時可灌注速凝漿液;(7)上下游排灌漿完畢后，再灌中間排。

3.3.2.3 處理效果

處理完成后通過檢查孔檢查，符合設(shè)計防滲標準，效果良好。

4 結(jié)語

通過對中梁水庫喀斯特強發(fā)育區(qū)組合灌漿實踐和技術(shù)探討，筆者獲得2點體會:

(1)喀斯特強發(fā)育區(qū)的帷幕灌漿處理方法應(yīng)有針對性且應(yīng)多樣化，單一的灌漿方法很難達到預(yù)期的效果，只有在查明喀斯特發(fā)育情況后選用的組合灌漿處理措施才能達到預(yù)期的效果;

(2)目前還沒有定型的喀斯特強發(fā)育帷幕灌漿處理方法，因地制宜地采用組合灌漿技術(shù)是取得良好灌漿效果的保證，也為深部喀斯特溶洞處理提供了一種新的方法。

［1］重慶中梁水電站水庫防滲工程設(shè)計咨詢與現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)總結(jié)工作報告［R］.貴州貴陽:中國水電顧問集團貴陽勘測設(shè)計研究院.2010.

［2］大寧河中梁水電站初步設(shè)計報告(4工程地質(zhì))［R］.湖南長沙:中國水電顧問集團中南勘測設(shè)計研究院.2005.

［3］李新明，屈昌華.基于喀斯特發(fā)育特點的中梁水庫防漏標準探討［J］.中國水利，2011，(2):47－48，53.

［4］屈昌華.中小型水庫壩基巖溶管道滲漏勘察與處理實例［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007，34(10):60－61.

［5］屈昌華.響水水庫壩區(qū)灌漿試驗分析與評價［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009，36(1):60－61.

Discussion of Composite Grouting Technology in Karst Area of Zhongliang Reservoir

QU Chang-hua1，ZAN Ting-dong1，ZHOU Shu-deng2(1.Guiyang Hydropower Investigation Design＆Research Institute，CHECC，Guizhou Guiyang 550081，China;2.Chongqing Water Conservancy Investment Group Wuxiyuanda Company，Chongqing 404000，China)

According to the characteristics of karst development in Zhongliang reservoir，the high pressure cement grouting is adopted mainly with some other grouting technologies combination.The equipment configuration and the process are simple with high efficiency and low cost.The composite grouting treatment technology in Zhongliang reservoir was discussed to provide a new idea for seepage control and plugging of reservoir in karst development area.

Karst development area;composite grouting technology;seepage control and plugging;Zhongliang reservoir

TV543

A

1672－7428(2012)04－0048－03

2011－10－27

屈昌華(1964－)，男(漢族)，四川人，中國水電顧問集團貴陽勘測設(shè)計研究院高級工程師，水文工程地質(zhì)專業(yè)，從事水利水電勘測、設(shè)計及基礎(chǔ)處理施工與咨詢工作，貴州省貴陽市金陽新區(qū)，zgqch@163.com。